была защищена от помех, вызванных естественной радиоактивностью окружающих горных пород, 10-сантиметровым слоем меди, 15-метровым слоем свинца и метровым слоем бетона, и размещена в лаборатории Гран-Сассо вне досягаемости большинства видов космических лучей.
Первое сообщение о предварительных результатах проекта DAMA в сентябре 1997 года стало сенсацией. На Первой Международной конференции по физике элементарных частиц и ранней Вселенной в Амблсайде, в живописном Озерном крае в Северной Англии, Бернабеи и Белли с коллегами заявили об обнаружении в полученных ими данных признаков сезонной модуляции7. Хотя анализ опирался на данные, которые охватывали лишь 10 суток летних и около четырех недель зимних наблюдений, было похоже, что количество зарегистрированных установкой DAMA событий летом было немного больше, а зимой – немного меньше, как и следовало ожидать в случае реального «вимпового» сигнала.
Вы, наверное, думаете, что физики и космологи обеими руками ухватились за полученный в проекте DAMA результат. В конце концов, ученые уже несколько десятилетий бились над загадкой темной материи, и поэтому любой намек на ее прямое обнаружение, пусть даже незначительный, должен был стать поводом для ликования и торжества. Но участники конференции встретили сообщение скептически. Какую долю наблюдавшихся установкой DAMA сцинтилляционных вспышек можно отнести на счет вимпов? Какова статистическая значимость результата? Нельзя ли для наблюдаемого эффекта найти менее экзотическое объяснение? А не могли бы вы представить исходные необработанные данные, чтобы мы могли их сами проанализировать?
Не стоит удивляться такому отсутствию энтузиазма и сожалеть по поводу, на первый взгляд, враждебного отношения научного сообщества к результатам DAMA – так устроена наука. Вы не можете принять результат на веру просто потому, что он вам нравится. Каждое заявление такого рода нуждается в тщательной проверке. И ничто ничего не значит в отсутствие независимой проверки. Даже сами члены группы DAMA, публикуя в 1998 году свои первые результаты, старались выражаться весьма аккуратно: «Учитывая как трудности такого рода поисков (sic!), так и степень важности положительного результата, следует проявлять осторожность».
Но эксперимент DAMA/NaI продолжался, шли месяцы, потом годы, а эффект не исчезал. Наоборот, по мере получения новых данных модуляция становилась все более выраженной: эта была идеальная синусоида с минимумом около 2 декабря – в точности, как предсказывали Дрюкер, Фриз и Сперджел для «вимпового ветра». При публикации в 2003 году результатов анализа своих наблюдений за семь лет группа Бернабеи выражала гораздо бо`льшую уверенность в правильности полученных ими выводов, утверждая, что «имеются веские доказательства наличия вимпов в галактическом гало»8.
В дальнейшем установка DAMA/NaI была еще усовершенствована, и новая версия получила название DAMA/LIBRA (LIBRA расшифровывается как Large sodium Iodide Bulk for RAre processes – «Большая масса иодида натрия для редких процессов»). Благодаря использованию 25 кристаллов вместо прежних девяти и общей массе вещества мишени почти 250 килограммов новая установка стала намного чувствительнее, а свидетельства сезонных изменений частоты событий – гораздо убедительнее. Максимум в начале июня, минимум в начале декабря, и так год за годом.
Но отношение большинства физиков оставалось скептическим. Если DAMA/LIBRA действительно «видит» темную материю, то почему на других установках ничего не обнаруживается? Конечно, имелись некие намеки в результатах других экспериментов, но они выглядели не слишком убедительными и вполне могли быть вызваны фоновыми процессами. К тому же со временем выводы группы DAMA/LIBRA стали все больше противоречить нулевым результатам программы XENON Елены Априле, которая осуществлялась в той же лаборатории Гран-Сассо и с каждой очередной установкой обеспечивала все более высокую чувствительность. При этом Бернабеи все так же отказывалась предоставлять доступ к исходным данным своего эксперимента, и ее группа так ни разу и не опубликовала собственные оценки частоты фоновых событий вроде регистрации космических лучей.
Разумеется, как скептики, так и сами члены группы DAMA пытались найти объяснение модуляции сигнала без привлечения темной материи. Кто знает, быть может, все дело в каком-то совершенно обычном сезонном эффекте вроде незначительных изменений температуры или атмосферного давления. Если дело не в темной материи, то должно быть другое объяснение. В конце концов, мы имеем дело с физикой, а не с магией.
Но, как ученые ни старались, им не удалось найти альтернативное объяснение отчетливо выраженной синусоиде с максимумом в июне и минимумом в декабре. Ничего не подходит. Как отметила Бернабеи с коллегами в опубликованной в 2013 году статье о результатах первого этапа проекта DAMA/LIBRA, «уже на протяжении более десятка лет никто не смог обнаружить или предложить систематические [эффекты] или побочные реакции, способные породить аналогичную наблюдаемой [модуляцию]»9. Через пять лет группа Бернабеи обнаружила такую же сезонную модуляцию в данных второго этапа эксперимента, начатого в 2011 году после очередного (не очень значительного) усовершенствования установки10.
Вот как обстоят дела. Почти 30 лет Рита Бернабеи занималась усовершенствованием приборов, анализировала данные, публиковала статьи, выступала с докладами на конференциях и спорила со своими критиками. Случались препятствия и утраты. В начале 2015 года умер ее муж и сотрудник итальянский физик Силио д’Анджело. Самой Бернабеи уже давно пора на пенсию, но она не сдается.
И до сих пор отказывается разговаривать с журналистами.
На мое письмо, в котором я спрашивал, что она думает по поводу противоречащего ее выводам отсутствия зарегистрированных сигналов в других экспериментах, я получил от нее довольно формальный ответ: «Полученные результаты невозможно сравнить модельно-независимым образом. Для сравнения требуется рассмотрение обширного набора астрофизических моделей в сочетании с моделями физики элементарных частиц и ядерной физики, не говоря уже о множестве экспериментальных и теоретических погрешностей. В некоторых случаях имеют место различия в методических процедурах».
Я бы не назвал это «большей информационной открытостью».
Попытки убедительно подтвердить или опровергнуть результаты DAMA/LIBRA до сих пор не были особо успешными. В идеале другая группа должна провести очень похожий эксперимент в другом месте, чтобы проверить, наблюдается ли там такая же сезонная модуляция. А если провести контрольный эксперимент в Южном полушарии, то можно еще и исключить возможные эффекты, связанные со сменой времен года.
Кажется, все очень просто, но попробуйте на практике достичь уровня, в основе которого лежит 30 лет опыта и разработки соответствующей технологии. В декабре 2010 года группа под руководством физика Рейны Маруямы из Висконсинского университета установила два сцинтилляционных детектора на основе йодида натрия на Южном полюсе на глубине 2,5 километров в толще антарктического льда, воспользовавшись инфраструктурой, задействованной для проведения завершающего этапа строительства нейтринной обсерватории IceCube. Наблюдения на установке, которая получила название DM – Ice, ведутся до сих пор, но этот эксперимент был задуман для отработки методики, и из-за недостаточной чувствительности установка не в состоянии зарегистрировать ничего интересного.
Маруяма, которая сейчас работает в Йельском университете, планирует в 2022 году разместить в толще льда гораздо более крупные и намного более чувствительные блоки детектора NaI(Tl), воспользовавшись бурением новых каналов для запланированной модернизации детектора IceCube11. Пока что ее группа присоединилась к проекту COSINE‑100 в подземной лаборатории Янъян в Южной Корее – аналоге проекта DAMA с восемью кристаллами йодида натрия с примесью таллия общей массой немногим более 100 килограммов (отсюда и число в названии проекта). Наблюдения на COSINE‑100 начались в октябре 2016 года, а первые предварительные результаты были опубликованы в декабре 2018-го12. Но как пишут участники проекта в опубликованной в журнале Nature статье: «Для окончательного подтверждения или опровержения результатов DAMA потребуются ряды наблюдательных данных за несколько лет».
То же самое относится к эксперименту ANAIS (Annual modulation with NaI Scintillators – «Сезонная модуляция с сцинтилляторами на основе NaI») в подземной лаборатории в Канфранке в Испанских Пиренеях. Опубликованные в 2021 году данные, полученные за первые три года работы установки ANAIS, не показывают наличия какой бы то ни было сезонной модуляции частоты зарегистрированных событий, но статистическая значимость предварительных результатов довольно низкая13.
Готовится еще один «контрольный эксперимент» под названием SABRE14. Идея состоит в запуске двух идентичных копий детектора, аналогичного DAMA: одну предполагается разместить в Гран-Сассо, а другую – в Южном полушарии в золотом руднике Стоуэлл в австралийском штате Виктория. На момент написания этой книги итальянская половина проекта SABRE все еще находится на этапе проверки и подтверждения концепции, а создание подземной физической лаборатории в Стоуэлле столкнулось с множеством задержек. Наука – дело не просто трудное, но еще и неспешное.
Через 30 лет после публикации статьи Анджея Дрюкера, Кэтрин Фриз и Дэвина Сперджела о перспективах прямого обнаружения вимпов в галактическом гало истинная природа темной материи остается все так же покрыта тайной. И хотя физики создали множество разнообразных чувствительных установок, разместив их во всех доступных им рудниках, шахтах, пещерах и туннелях, проект